Forscher des Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Teil des US-Energieministeriums, haben in Zusammenarbeit mit Siemens Technology und Lincoln Electric einen bedeutenden Fortschritt im Bereich des 3D-Drucks erzielt: die erfolgreiche Herstellung von großen Dampfturbinenschaufeln mittels 3D-Druck. Diese Entwicklung könnte die Produktionsmethoden für Schlüsselkomponenten der Energieerzeugung, die bisher auf Gieß- und Schmiedeverfahren angewiesen waren, nachhaltig verändern.
Das verwendete Verfahren, die Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM), basiert auf Schweißtechnologien und ermöglicht nicht nur die Herstellung neuer Teile, sondern vereinfacht auch die Reparatur und Wartung bestehender Komponenten. Siemens Energy, ein weiterer Partner in diesem Projekt, plant, diese Technologie für die Wartung und Modernisierung von Ausrüstung im Rahmen von Dienstleistungsverträgen mit Elektrizitätsunternehmen einzusetzen.
Die Forschung, die ursprünglich auf die Reparatur von Komponenten ausgerichtet war, erweiterte sich während der COVID-19-Pandemie auf den 3D-Druck kompletter Ersatzteile. Dies wurde notwendig, um die verlängerten Wartezeiten für neue gegossene Schaufeln zu überbrücken. Die ORNL-Forscher experimentierten mit Materialien und entwickelten verbesserte Methoden zur Bewertung der mechanischen Leistungsfähigkeit gedruckter Teile. Die Herstellung einer Turbinenschaufel aus Stahllegierung markiert den Höhepunkt dieser Bemühungen.
Effizienzsteigerung in der Fertigung
Während die Produktionszeiten für traditionelles Gießen und Schmieden abgenommen haben, stellt die Fähigkeit des ORNL, eine Schaufel in nur 12 Stunden zu drucken, einen bedeutenden Fortschritt in der Fertigungseffizienz dar. Mit einer Gesamtproduktionszeit von zwei Wochen, einschließlich der Bearbeitung, überwindet dieser Ansatz auch die Herausforderung, Turbinenschaufeln mit komplexen Geometrien und ohne standardisierte Positionierungsmerkmale herzustellen.
Michael Kirka, Leiter der Forschungsgruppe für Ablagerungswissenschaft und -technologie am ORNL, betont die Bedeutung dieser Entwicklung:
„Wir haben erkannt, dass wir keine Kleinseriengüsse und -schmiedeteile, die mehr als 45 oder 90 Kilogramm wiegen, aus der inländischen Lieferkette beziehen können. Dies hat uns, insbesondere angesichts internationaler Konflikte und deren Auswirkungen auf die Bewegung kritischer Lieferungen, in eine unhaltbare Position gebracht.“
Das Projekt, finanziert vom DOE Office of Fossil Energy and Carbon Management und durchgeführt im Manufacturing Demonstration Facility des DOE, zeigt einen signifikanten Wandel hin zu zuverlässigeren, bedarfsgerechten Fertigungsmethoden. Diese Methode verspricht nicht nur eine Steigerung der Effizienz, sondern auch eine flexiblere und zuverlässigere Zukunft in der Fertigung, die das Landschaftsbild der industriellen Komponentenproduktion möglicherweise neu gestalten wird.